JPH03276604A - 平面インダクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は平面インダクタに関する。

（従来の技術） 従来より、平面インダクタとして、例えばスパイラル状
又はつづら折れ状の導体を用いた平面状コイルの両面に
絶縁層及び強磁性薄帯を順次積層した構造を有するもの
が知られている。このような平面インダクタは、例えば
ＤＣ−ＤＣコンバータなどの出力側チョークコイルに適
用される。

この場合、平面状コイルには直流が重畳された高周波電
流が流れ、これにより生じる磁束は強磁性体層の内部を
通過する。この交番磁束による強磁性体の高周波損失を
低減することは、平面インダクタひいてはＤＣ−ＤＣコ
ンバータの効率を向上するうえで極めて重要である。

また、近年は、電子機器の小形化への要求に伴い、これ
らに内蔵されるＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源も小形
化が強く望まれるようになってきている。このため、動
作周波数の増加傾向が著しく、スイッチング電源の一部
ではＩＭＨｚ動作のものも現われ始めている。このよう
な状況下において、強磁性体内部の高周波損失を低減す
ることは、以前にも増して重要な技術課題となっている
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は前記課題を解決するためになされたものであり
、強磁性体層の高周波損失を少なくし、動作周波数が５
０ｋＨｚ以上のＤＣ−ＤＣコンバータなどに適用されて
も効率が低下することのない平面インダクタを提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の平面インダクタは、平面状コイル、絶縁層及び
強磁性体層を有する平面インダクタにおいて、前記強磁
性体層が磁気特性の異なる２種以上の領域を有すること
を特徴とするものである。

本発明の平面インダクタにおける平面状コイルとしては
、例えば絶縁層の表面及び裏面にスパイラル状に導体を
設けて各導体をスルーホールを通して接続した構造の２
層スパイラルコイルが挙げられる。なお、端子の取出し
に支障が生じなければ、スパイラル状の導体が１層だけ
のスパイラルコイルでもよい。また、導体の形状はスパ
イラル状に限らず、つづら折れ状でもよい。平面インダ
クタは、このような平面状コイルに絶縁層及び強磁性体
層を順次積層することにより構成される。

なお、バランス上、絶縁層及び強磁性体層はコイルの両
面に設けることが好ましい。

前述した構造の平面インダクタはいわゆる外鉄型である
が、本発明における平面インダクタはこれに限定されな
い。例えば、強磁性体層の両面に絶縁層を積層し、その
周囲に平面状にコイルを形成した構造を有する、いわゆ
る内鉄型の平面インダクタを構成してもよい。

また、平面状コイルを積層するとインダクタンスが増大
して入出力電圧が増大するが、この場合平面状コイル間
には絶縁層のみを介在させ、強磁性体層を介在させない
ことが望ましい。これは、平面状コイル間に強磁性体層
を介在させてもインダクタンスの増大にはほとんど寄与
せず、かえって平面インダクタ全体の厚さを増大させて
単位体積当りの性能を低下させるためである。

本発明において、強磁性体層の飽和磁化４πＭ５は、直
流重畳特性の点から大きいことが望ましく、１０ｋＧ以
上であることが望ましい。

本発明において、強磁性体層（積層体の場合には各層の
強磁性体層）の厚さは、１００ｎ以下であることが望ま
しい。これは、一般に平面インダクタをＤＣ−ＤＣコン
バータなどに適用し１ＯｋＨｚ以上の周波数帯で使用す
ることを前提とした場合、強磁性体層の厚さが１００１
を超えると表皮効果によって磁束は内部まで入らなくな
り、強磁性体層の厚さが増加した割にはインダクタンス
は増加せず、単位体積当りのインダクタンスはがえって
低下し、インダクタの性能が低下するためである。

なお、強磁性体層の厚さは０　、１ｔｔｐａ以上である
ことが望ましい。これは、強磁性体層の厚さがｏ　、１
３未満であると、スパイラル状導体コイルに電流が流れ
ることによって生じる磁束がすべて通るのに必要な断面
積が得られないために漏れ磁束が多くなってインダクタ
ンスが著しく低下し、単位体積当りのインダクタンス値
が低下するためである。

本発明において、前記強磁性体層としては、１０ｋＨｚ
における実効透磁率μｌｏｋがＩ　Ｘ　１０’以上であ
るものが望ましい。このような強磁性体層を用いれば、
高インダクタンスの平面インダクタを得ることができる
。

本発明において用いられる強磁性体層としては、例えば
一般式 ％式％ （ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃ「、Ｍｎ５Ｃｏ［又はＦｅ
］　　Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ５Ｈｆ、Ｔａ。

ＷＳＣｕのうち少なくとも１種、Ｘは５ｉＳＢ。

Ｐ、Ｃ５Ｇｅ、ＡＩのうち少なくとも１種、０≦ａ≦０
．１５．１２≦ｂ≦３０）で表わされる非晶質合金薄帯
が用いられる。

この非晶質合金薄帯を構成する各元素の作用及び組成に
ついて説明する。

Ｍは高周波領域における透磁率の向上及び結晶化温度の
上昇に寄与する成分である。ａ＞０．１５の場合にはキ
ュリー温度が低くなりすぎ、実用上好ましくない。

Ｘは非晶質化に必須の元素である。ただし、実用上、熱
安定性を考慮した場合、ｓｌとＢとの組み合わせが好ま
しい。なお、ｂ＜１２及びｂ〉２８では非晶質化が困難
となるため、１２≦ｂ≦２８が好まシ＜、更ニ１５≦ｂ
≦２５が好ましい。このうちＳｉは２〜１３％、更に２
〜８％であることが好ましい。

このような組成を有する非晶質合金の大部分は１０ｋＧ
以上の飽和磁化を有し、最適歪取り熱処理によって、ｌ
Ｘｌ０’以上の実効透磁率が得られる。

本発明において、強磁性体層は磁気特性の異なる２種以
上の領域を有する。このような強磁性体層は、例えば非
晶質磁性体の一部に選択的にレーザなどの加熱用エネル
ギービームを照射して元の非晶質相と磁気特性の異なる
領域のパターンを形成することにより作製することがで
きる。例えば、レーザビーム径を１１〜Ｉ１ｍ程度とし
、これを走査して非晶質磁性体に照射する。この場合、
レーザビームが照射された領域では、成膜されたままの
非晶質相が構造緩和されるか、又は溶融急冷により、元
の非晶質相とは磁気特性の異なる非晶質相又は結晶質相
が形成される。

このような方法により、元の非晶質相では大きな磁区が
、レーザビーム照射後には細分化されて磁区制御が行わ
れる。また、部分的なアニール又は溶融に起因する残留
内部応力により、未変性部分である主相に応力誘起の磁
気異方性が導入されることにより、磁区制御が行われる
ということも考えられる。この結果、強磁性体層の高周
波損失が減少するものと考えられる。

本発明において、強磁性体層に形成される磁気特性の異
なる２種以上の領域は、パターン化されていることが望
ましい。例えば、非晶質磁性体の中心部から周囲に向か
って放射状にレーザ照射するか、又は非晶質磁性体に同
心円状又は同心正方形状にレーザ照射した場合、高周波
損失を低減するのに有効である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１〜３、比較例１〜３ 第１図（Ａ）　、（Ｂ）に示す単層タイプの平面インダ
クタを作製した。なお、同図（Ａ）はこの平面インダク
タの平面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ’
線に沿う断面図である。

この平面インダクタの構造を説明する。第１図（Ａ）及
び（Ｂ）において、平面状コイル１は絶縁層３ｂの両面
にスパイラルコイル２ａ、２ｂを設け、これらスパイラ
ルコイル２ａ及び２ｂをスルーホール４を通して各スパ
イラルコイル２ａ％　２ｂに同方向の電流が流れるよう
に接続した構造を有している。ここで、第１図（Ａ）中
の実線及び破線はそれぞれ絶縁層３ｂの表面側及び裏面
側にあるスパイラルコイル２　ａ　ｓ　２’ｂの中心の
軌跡を表わしている。この平面状コイル１の両面に、絶
縁層３８％　３ｃ及び強磁性体層５ａｓ　５ｂが順次積
層されることにより平面インダクタが構成されている。

この平面インダクタは以下のようにして作製される。２
５１厚のポリイミドフィルム（絶縁層３ｂ）の両面に１
００１厚のＣｕ箔を両張りして中央部のスルーホール４
を通して接続した両面ＦＰＣ板（フレキシブルプリント
回路板）を用意し、両面のＣｕ箔をエツチングして外周
部の寸法が１１ｍ１Ｘ１１關、コイル線幅２００１、コ
イルピッチ２５０１、コイル巻線数４０回（各面２０回
）のスパイラルコイル２ａ、２ｂに加工して、平面状コ
イル１を作製した。この平面状コイル１の両面を７１厚
さのポリイミドフィルム（絶縁層３ａ、３ｃ）を介して
１辺の長さ１５ｍｍの正方形の非晶質磁性体（強磁性体
層５ａ、５ｂ）で挟むことにより平面インダクタを作製
した。

実施例１ 単ロール法により作製された、 （Ｆ　ｅｏ、＊５Ｎｂｏ、ｏ、）　８２Ｓ　ｉ　ｂ　Ｂ
＋。

なる組成を有し、平均厚さ１６ｍ、幅２５■■の非晶質
合金薄帯から１辺の長さ２５１１の正方形に切り出した
。第２図に示すように、ＹＡＧレーザを用い、この非晶
質合金薄帯の中心から周囲に向かって放射状に、ビーム
径５０−のレーザビームを角度５゜間隔で１０ｍ　／■
１０の走査速度で照射した。これを強磁性体層として用
いた。

実施例２ 単ロール法により作製された、 Ｆ　　ｅｔ８ｓ　　ｉ　　ｅ　　Ｂ１３なる組成を有す
る非晶質合金薄帯を用い、炭酸ガスレーザからビーム径
１００−のレーザビームを照射したこと以外は実施例１
と同様な条件で処理を施して、これを強磁性体層として
用いた。

実施例３ 単ロール法により作製された、 （ＣＯｏ、ａｓＦ　ｅ　ｏ、ｏｂＮ　ｂ　０．０２Ｎ　
ｊ　Ｏ，０４）　７５ＳｌｌＯＢ１５ なる組成を有する非晶質合金薄帯を用い、レーザビーム
の照射角度間隔を１＠とじたこと以外は実施例１と同様
な条件で処理を施して、これを強磁性体層として用いた
。

比較例１〜３ レーザ照射を行わなかった以外は、実施例１〜３と同じ
条件で作製した非晶質合金薄帯を強磁性体層として用い
た。

これら実施例１〜３及び比較例１〜３の平面インダクタ
について、インダクタンスＬ及び性能指数Ｑの周波数依
存性を第５図〜第７図に示す。第５図〜第７図から明ら
かなように、磁気特性の異なる２種の領域をパターン化
して形成した本発明の平面インダクタは、高周波域にお
ける性能指数Ｑが、従来の平面インダクタよりも大幅に
増加しており、高周波特性が改善されている。

また、前記実施例では強磁性薄帯として非晶質合金薄帯
に中心から周囲に向かって放射状にレーザビームを照射
したものを用いているが、第３図及び第４図に示すよう
に、非晶質合金薄帯に例えば０．５ｍｍ間隔で同心円状
又は同心正方形状にレーザビームを照射したものを用い
た場合にも、第５図〜第７図と同様な結果が得られるこ
とが確認された。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明の平面インダクタは、高周波
損失が少なく、ＤＣ−ＤＣコンバータなど小形電源の高
周波低損失化に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の実施例における平面インダクタ
の平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う
断面図、第２図は本発明の実施例における平面インダク
タを構成する強磁性体層にレーザビーム照射により形成
されたパターンの説明図、第３図及び第４図はそれぞれ
本発明の他の実施例における平面インダクタを構成する
強磁性体層にレーザビーム照射により形成されたパター
ンの説明図、第５図は本発明の実施例１及び比較例１の
平面インダクタについてインダクタンスし及び性能指数
Ｑの周波数依存性を示す特性図、第６図は本発明の実施
例２及び比較例２の平面インダクタについてインダクタ
ンスし及び性能指数Ｑの周波数依存性を示す特性図、第
７図は本発明の実施例３及び比較例３の平面インダクタ
についてインダクタンスし及び性能指数Ｑの周波数依存
性を示す特性図である。 １・・・平面状コイル、２　ａ　−、２ｋ）・・・スパ
イラルコイル、３ａｓ　３ｂｓ　３ｃ・・・絶縁層、４
・・・スルーホール、５ａ、５ｂ・・・強磁性体層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平面状コイル、絶縁層及び強磁性体層を有する平面イン
   ダクタにおいて、前記強磁性体層が磁気特性の異なる２
   種以上の領域を有することを特徴とする平面インダクタ
   。